Шнобелевская премия
Достижения, которые вызывают смех, а затем – раздумья

Отслеживание воздуха, выдыхаемого оперным певцом
Результаты показывают, что петь на самом деле безопаснее, чем говорить
Отслеживание воздуха, выдыхаемого оперным певцом
выдыхаемый певцом воздух

Оперные певцы известны способностью контролировать свое дыхание и выдох во время музыкального выступления. Тем не менее, потоки воздуха, выдыхаемые певцами, подвергались сомнению во время пандемии COVID-19, поскольку в хорах были выявлены кластеры инфекций из-за выброса патогенных капель во время репетиций. Действительно, пение приводит к увеличению количества капель аэрозоля, выделяемых человеком. Воздушные потоки на выдохе певицы представляют интерес, поскольку существует возможность переноса загрязненных капель с выдыхаемым воздухом. Авторы наблюдали воздух, выдыхаемый певицей меццозопрано во время ее исполнения армянской колыбельной песни "Орор". Спецалисты использовали высокоскоростную инфракрасную камеру (FLIR X6900SC), работающую в среднем диапазоне инфракрасного спектра (1,5–5 мкм). Использование фильтра в диапазоне поглощения СО2 (4,2 мкм) позволяет отслеживать теплый выдыхаемый СО2. Оперная певица сидела за темным светоотражающим занавесом, обеспечивающим однородный фон при температуре окружающей среды. Как видно из последовательности изображений, инфракрасное изображение захватывает теплое лицо и теплый выдыхаемый CO2. Таким образом, можно оценить пространственную протяженность выдыхаемого CO2.
выдыхаемый певцом воздух
Выдыхаемый воздух определяется на расстоянии около 1 м от певца в течение нескольких секунд после начала песни (t = 0 с). Во время выступления можно выделить три различных потока воздуха. Во-первых, дыхание генерирует быстрые воздушные струи, исходящие из носа. Начальная скорость дыхательной струи составляет около 1 м/с и ведет к прямолинейной траектории, управляемой инерцией воздушных потоков. Затем певец исполняет большую часть песни с открытым ртом, распевая часто встречающиеся в опере гласные звуки. Поскольку она поддерживает тональность в течение 10–20 с без каких-либо вдохов, ее работа требует низкого значения скорости выдоха (Q = 10 л/мин) из-за внутреннего предела емкости легких. Замечательный контроль потока выдоха оперной певицей во время ее выступления и ее широко открытый рот приводят к тому, что потоки воздуха идут медленнее, чем дыхание, с начальной скоростью около 0,3 м/с.

Теплый CO2, выделенный во время работы, поднимается, поскольку плавучесть преобладает над уменьшенной инерцией выдыхаемой воздушной струи. Однако третий вид воздушного потока можно определить, когда певица закрывает рот во время выступления. Произношение согласных звуков, таких как взрывные, требует закрытия губ, что приводит к значительному сокращению открывания рта и, таким образом, к генерации быстрой воздушной струи со скоростью около 10 м/с., воздушная струя достигает расстояния 10 см за 10 мс. При пении согласных звуков певица генерирует быстрые воздушные струи, достигающие скоростей, аналогичных тем, которые наблюдаются при произнесении разговорных взрывных звуков. Это наблюдение предполагает, что пение согласных звуков и взрывных устройств может усилить перенос возможных патогенных капель, исходящих от певца. Первоначално исследователи предположили, что очень громкий оперный певец будет подвергаться большему риску распространения вируса, потому что у него изо рта выходит больше жидкости. Но их предварительные результаты показывают, что петь на самом деле безопаснее, чем говорить. Оперные певцы имеют склонность к пению долгих гласных. Поскольку их рты широко открыты, скорость выдыхаемого воздуха на самом деле ниже, чем у тех, кто говорит и произносит больше согласных, таких как взрывные.


Филипп Буррианн (Philippe Bourrianne), Пол Р. Канилил (Paul R. Kaneelil), Ховард А. Стоун (Howard A. Stone), Университет Принстона (Princeton University), США, Манук Абкарян (Manouk Abkarian), Университет Монпелье (University of Montpellier), Франция, опубликовали работу "Отслеживание воздуха, выдыхаемого оперным певцом", "Физический обзор жидкостей" (Physical Review Fluids), 6(11), 15 ноября, 2021.

(c)2010-2022 Шнобелевская премия
ig-nobel@mail.ru